2.5.2.8 Геоцентрична система Птолемея

Відповідно до вчення Арістотеля, планети повинні рухатися по колових орбітах і, напевно, з постійною швидкістю, тому що "коловий рух завжди відбувається рівномірно, адже він має незнищенну причину". Звідси й схема геоцентричної системи. Але ця система, хоч і дуже ефективна, суперечить даним спостережень; вона неспроможна зрозуміло пояснити справжній рух планет. Це завдання поставив перед собою Птолемей. Як поєднати "принцип інерції Арістотеля" з реальним світом? Як описати реальний світ, спираючись лише на основи кінематики?

Рух сфер

Стародавні спостерігачі бачили, що рух планет складний. Вони поділяли цей складний рух на кілька більш простих. Першим, головним рухом, був добовий рух неба, другим — його річний рух. У цих двох рухах брали участь усі сім сфер, що тягли за собою планети. Восьма сфера (до неї прикріплені зірки) була нерухома. Ще Гіппарх удосконалив цю систему. Щоб врахувати рух точки весняного рівнодення (точки перетинання площини екватора з орбітою Землі), він приписав восьмій сфері повільний рух на Г за 100 років (36" у рік). Насправді зміщення точки весняного рівнодення відбувається трохи швидше — на 50" за рік.

Однак ці прості рухи не задовольняли "принцип інерції Арістотеля". їх швидкості були непостійними. Тому йшлося про існування двох нерівностей, про розбіжність між справжнім положенням небесних світил і їх теоретичним положенням, обчисленим за допомогою простої моделі рівномірного руху по колу. Перша нерівність — це нерівномірність руху планет по орбітах; друга — "задкування" планет — зміна напрямку їх руху по небу на протилежний. Тільки для Сонця й Місяця не існувало другої нерівності. Тому вже теорія Гіппарха дозволяла визначити положення Сонця й Місяця з похибкою, меншою ніж одна хвилина. З нерівностями ж треба було розібратися, і Птолемей зробив це чудово. Вихід зі здавалося б безнадійної ситуації був дуже дотепний. Потрібно припустити, що по колу навколо центра світобудови

(Землі в системі Птолемея) рухається не сама планета, а лише центр іншого кола, названий епіциклом. Планета ж рухається по епіциклу з тією ж кутовою швидкістю за величиною, але зворотною за напрямком, з якою центр епіциклу рухається по основній орбіті, названій деферентом. У результаті таких побудов виявилося, що планети, як і раніше, рухаються по колу (воно називається ексцентром), але центр його зміщений щодо Землі. У такий спосіб було встановлено важливу кінетичну еквівалентність схем руху епіциклу по деференту й руху ексцентра. Але ця проста схема описувала лише шлях Сонця, що завжди рухається по небу в одному напрямку, не повертаючи назад. Кутова швидкість руху Сонця по ексцентру (щодо його центра) вважалася постійною. Тоді, мабуть, кутова швидкість руху, що спостерігається із Землі, виявиться змінною. Так просто пояснювалася перша нерівність.

Для планет теорію потрібно було ускладнити. У кінцевому підсумку для опису руху планет треба було вводити майже 40 різних колових рухів. Схема, таким чином, була складною і принципово незадовільною. Однак вона дозволяла досить точно передбачати положення Сонця й планет і тому задовольняла всіх. На той час найважливішим було обчислення руху Сонця й Місяця, а для цього теорії Птолемея було цілком достатньо.